JPS59188187A - 半導体レ−ザダイオ−ド及びその製造方法 - Google Patents
半導体レ−ザダイオ−ド及びその製造方法Info
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- JPS59188187A JPS59188187A JP58061719A JP6171983A JPS59188187A JP S59188187 A JPS59188187 A JP S59188187A JP 58061719 A JP58061719 A JP 58061719A JP 6171983 A JP6171983 A JP 6171983A JP S59188187 A JPS59188187 A JP S59188187A
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- diffraction grating
- laser diode
- semiconductor laser
- grating
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光フアイバ通信用光源などに使用される半導体
レーザダイオードの改良及びその製造方法に関する。
レーザダイオードの改良及びその製造方法に関する。
半導体レーザダイオードは小型かつ高効率で変調も注入
電流忙よる直接変調が可能であるなどの特徴を有し、光
フアイバ通信用をはじめとしてその急速な実用化が進め
られている。中でも分布帰還形半導体レーザダイオード
あるいはブラッグ反射形半導体レーザダイオードと呼ば
れる半導体レーザダイオードは回折格子を利用した波長
選択機能を内部に含むところから極めて高純度の発振ス
ペクトルをもち、光フアイバ通信用に最適な光源として
精力的な開発が進められている。
電流忙よる直接変調が可能であるなどの特徴を有し、光
フアイバ通信用をはじめとしてその急速な実用化が進め
られている。中でも分布帰還形半導体レーザダイオード
あるいはブラッグ反射形半導体レーザダイオードと呼ば
れる半導体レーザダイオードは回折格子を利用した波長
選択機能を内部に含むところから極めて高純度の発振ス
ペクトルをもち、光フアイバ通信用に最適な光源として
精力的な開発が進められている。
従来、このような分布帰還形半導体レーザダイオードは
半導体基板上に光干渉露光法等を利用したフォトリング
ラフィにより、周期的格子溝構造を表面に形成し、その
上に回折格子層及び活性層あるいは直接に活性層をエピ
タキシャル成長させることによって製造されている。変
形例としては活性層と回折格子層との上下を反転させた
構造も知られている。特に光ファイバの低伝送損失帯で
ある1、1〜1.6μmの波長領域で発振可能な In
k/InGaAsP系材料を用いた分布帰還形半導体レ
ーザダイオードは、InPを組成とする半導体層の表面
に周期的格子溝構造を設けその上にエピタキシャル成長
されたInGaAsPからなる回折格子層を形成するこ
とによって作られていた。しかしながら従来例では上述
のように、周期的格子溝構造を熱的に分解しゃすいIn
P半導体層表面に形成していたために、回折格子層のエ
ピタキシャル成長工程において、周期的格子溝構造が消
滅したり、格子溝の深さが浅くなり設計どおりの回折格
子が形成できないという欠点が見られた。格子溝深さの
浅し・回折格子は半導体レーザダイオードの動作時にお
いて波長選択機能を充分に果せないこととなり、光フア
イバ通信用に適した光源としての特徴を発揮できないと
いう不都合を生じていた。
半導体基板上に光干渉露光法等を利用したフォトリング
ラフィにより、周期的格子溝構造を表面に形成し、その
上に回折格子層及び活性層あるいは直接に活性層をエピ
タキシャル成長させることによって製造されている。変
形例としては活性層と回折格子層との上下を反転させた
構造も知られている。特に光ファイバの低伝送損失帯で
ある1、1〜1.6μmの波長領域で発振可能な In
k/InGaAsP系材料を用いた分布帰還形半導体レ
ーザダイオードは、InPを組成とする半導体層の表面
に周期的格子溝構造を設けその上にエピタキシャル成長
されたInGaAsPからなる回折格子層を形成するこ
とによって作られていた。しかしながら従来例では上述
のように、周期的格子溝構造を熱的に分解しゃすいIn
P半導体層表面に形成していたために、回折格子層のエ
ピタキシャル成長工程において、周期的格子溝構造が消
滅したり、格子溝の深さが浅くなり設計どおりの回折格
子が形成できないという欠点が見られた。格子溝深さの
浅し・回折格子は半導体レーザダイオードの動作時にお
いて波長選択機能を充分に果せないこととなり、光フア
イバ通信用に適した光源としての特徴を発揮できないと
いう不都合を生じていた。
本発明の目的は上述の欠点を除去した構造の半導体レー
ザダイオード及びそれに適した半導体レーザダイオード
の製造方法を提供することにある。
ザダイオード及びそれに適した半導体レーザダイオード
の製造方法を提供することにある。
本発明によれば、InP基板上尾エピタキシャル成長さ
れたInGaAsP系半導体からなる活性層と光帰還用
の回折格子を有する半導体レーザダイオードにおいて、
前記回折格子がInGaAsP系半導体層からなりかつ
該回折格子の格子溝深さが回折格子を構成する前記半導
体層の厚さに比べ小さくないことを特徴とする半導体レ
ーザダイオード、及びInP基板上にエピタキシャル成
長されたInGaAsP系半導体からなる活性層と光帰
還用の回折格子を有する半導体レーザダイオードの製造
方法において前記回折格子を形成するためのInGaA
sP系半導体層をエピタキシャル成長する工程、該In
GaAsP系半導体層をエンチング加工して同−折格半
を形成する工程、更に該回折格子上に上部半導体層をエ
ピタキシャル成長する工程を含むことを特徴とする半導
体レーザダイオードの製造方法が得られる。
れたInGaAsP系半導体からなる活性層と光帰還用
の回折格子を有する半導体レーザダイオードにおいて、
前記回折格子がInGaAsP系半導体層からなりかつ
該回折格子の格子溝深さが回折格子を構成する前記半導
体層の厚さに比べ小さくないことを特徴とする半導体レ
ーザダイオード、及びInP基板上にエピタキシャル成
長されたInGaAsP系半導体からなる活性層と光帰
還用の回折格子を有する半導体レーザダイオードの製造
方法において前記回折格子を形成するためのInGaA
sP系半導体層をエピタキシャル成長する工程、該In
GaAsP系半導体層をエンチング加工して同−折格半
を形成する工程、更に該回折格子上に上部半導体層をエ
ピタキシャル成長する工程を含むことを特徴とする半導
体レーザダイオードの製造方法が得られる。
次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
図は本発明に基づく一実施例の半導体レーザダ・イオー
1°に関する共振器軸方向の断面図である。
1°に関する共振器軸方向の断面図である。
本実施例は4電形がn形のInP7Ti板lの上にエピ
タキシャル)・成長されたn InPからなるバッフ
ァA=12、+1− I” OU ””0.111 A
sO,43Po、st (吸収端波長1.2μm)から
なる回折格子層3、n−InPからなる分離層4、”0
.74GaO,2+1”0.66F0.44 (発光波
長1.3μm)からなる活性層5、p InPからな
る閉じ込め層6” r” nO,74Gao2.Aso
、、Po4.からなる電極形成層7及びAu Sn合
金からなるn側型F!!、9とAu Zn合金からな
りストライプ状のp側′?!!極8とから構成されてい
る。
タキシャル)・成長されたn InPからなるバッフ
ァA=12、+1− I” OU ””0.111 A
sO,43Po、st (吸収端波長1.2μm)から
なる回折格子層3、n−InPからなる分離層4、”0
.74GaO,2+1”0.66F0.44 (発光波
長1.3μm)からなる活性層5、p InPからな
る閉じ込め層6” r” nO,74Gao2.Aso
、、Po4.からなる電極形成層7及びAu Sn合
金からなるn側型F!!、9とAu Zn合金からな
りストライプ状のp側′?!!極8とから構成されてい
る。
主要部寸法を詳細に述べると、InP基板1の厚さは約
80μm、バッファ層2の厚さは約2μm、回折格子層
3の厚さは0.1μmで共振器軸方向に一定周期をもつ
ように刻まれた周期的格子溝の周期は発振光の半導体中
における波長の1/2の整数倍にほぼ等しい約0.4μ
m(半波長の2倍)、分#層4の厚さは0.1/#m、
活性WR5の厚さは0.1μm、閉じ込めIn 6の厚
さは2ノ7m、’[極形成層7の厚さは1ノ1m、p側
電極80幅は711m長さく共振器長)は協坊mである
。なお回折格子層3に刻まれた格子溝3aの深さは回折
格子層3の厚さより大きく回折格子層3は完全姥分離さ
れた格子状を成している。本実施例では、従来例の格子
溝の深さが回折格子層の厚さよりも小さい半導体レーザ
ダイオードに比ベレーザ共振器内の導波光に対する等価
的な屈折率の周期変化を大きくとることができて波長の
選択性、即ち発振光のスペクトル純度を高める上で大き
な効果が得られる。更に、分離された格子状を成すこと
の利点として、従来例に比べ、回折格子層全体の体積が
減少するところから、活性層へ注入されたキャリヤが回
折格子層ヘオーバフローして蓄積される場合にも、少量
のオーバフローによって回折格子層内におけるキ、Yリ
ヤ密度が増大し、それ以上のオーバフローを抑制すると
いう作用が得られる。この作用は回折格子層が半導体レ
ーザダイオードのρ形半導体領域に設けられた場合忙は
顕著な効果を示し、発振閾値の低℃・半導体1ノ−ザダ
イ十−ドが得られる。
80μm、バッファ層2の厚さは約2μm、回折格子層
3の厚さは0.1μmで共振器軸方向に一定周期をもつ
ように刻まれた周期的格子溝の周期は発振光の半導体中
における波長の1/2の整数倍にほぼ等しい約0.4μ
m(半波長の2倍)、分#層4の厚さは0.1/#m、
活性WR5の厚さは0.1μm、閉じ込めIn 6の厚
さは2ノ7m、’[極形成層7の厚さは1ノ1m、p側
電極80幅は711m長さく共振器長)は協坊mである
。なお回折格子層3に刻まれた格子溝3aの深さは回折
格子層3の厚さより大きく回折格子層3は完全姥分離さ
れた格子状を成している。本実施例では、従来例の格子
溝の深さが回折格子層の厚さよりも小さい半導体レーザ
ダイオードに比ベレーザ共振器内の導波光に対する等価
的な屈折率の周期変化を大きくとることができて波長の
選択性、即ち発振光のスペクトル純度を高める上で大き
な効果が得られる。更に、分離された格子状を成すこと
の利点として、従来例に比べ、回折格子層全体の体積が
減少するところから、活性層へ注入されたキャリヤが回
折格子層ヘオーバフローして蓄積される場合にも、少量
のオーバフローによって回折格子層内におけるキ、Yリ
ヤ密度が増大し、それ以上のオーバフローを抑制すると
いう作用が得られる。この作用は回折格子層が半導体レ
ーザダイオードのρ形半導体領域に設けられた場合忙は
顕著な効果を示し、発振閾値の低℃・半導体1ノ−ザダ
イ十−ドが得られる。
なお上述の実施例の動作は従来例と同様、p側’?l’
ti8VC正、n側電極9に負の電圧を印加して、活性
層5へ電流を注入することによって行なわれ、約1.3
/7m波長の単一スペクトルレーザ発振が得られる。と
ころで上述の実施例では電流注入用N極を最も簡単なス
トライプ状電極としたが、゛もちろんこれに限らず、n
形の電極形成層にp形不純物をストライプ状に選択拡散
して形成するいわゆるプレーナ形ストライプ電極、ある
いは、閉じ込め層または電極形成層のエピタキシャル成
長後、上部表面から少くとも活性層を含む深さまでメサ
ストライプ状にエツチングした後、活性層の組成よりも
屈折率が低い組成の半導体で活性層を埋め込むためのエ
ピタキシャル成長を行なって形成する、いわゆる埋め込
み形ストライプ構造等であっても良い。
ti8VC正、n側電極9に負の電圧を印加して、活性
層5へ電流を注入することによって行なわれ、約1.3
/7m波長の単一スペクトルレーザ発振が得られる。と
ころで上述の実施例では電流注入用N極を最も簡単なス
トライプ状電極としたが、゛もちろんこれに限らず、n
形の電極形成層にp形不純物をストライプ状に選択拡散
して形成するいわゆるプレーナ形ストライプ電極、ある
いは、閉じ込め層または電極形成層のエピタキシャル成
長後、上部表面から少くとも活性層を含む深さまでメサ
ストライプ状にエツチングした後、活性層の組成よりも
屈折率が低い組成の半導体で活性層を埋め込むためのエ
ピタキシャル成長を行なって形成する、いわゆる埋め込
み形ストライプ構造等であっても良い。
次に本発明に基づく一実施例の半導体レーザダイオード
の製造方法を上述の半導体レーザダイオードの実施例に
関して述べる。本実施例は、まず導■形が!]形で面方
位が(Zoo)のInP基板1を漁偏する工程、続いて
このInP基板1上に通常の液相エピタキシャル成長法
を用いてキャリヤ濃度1×10I8crn−3のSnド
ープInPからなるバッファM2及び同じくキャリア濃
度I X 10′8cm ’のSnドープI”0.11
1 GaO,111As0.43PO,57からなる回
折格子層3を形成する工程、次に回折格子M3の上にフ
ォトレシンストを塗布し通常良く知られた光干渉露光法
によるフォトリングラフィな用いて周期的格子溝を回折
格子層3に形成する工程、再び液相エピタキシャル成長
法を用いてキャリヤ濃度I X 10′86n”のSn
ドープInPからなる分離層4及びアンドーフI n
o74 G a o26A so、t、6P6.4<か
らなる活性層5、及びキャリヤ濃度5 X 1 o17
crn−3のZnドープInPから成る閉じ込めM6、
キャリヤ濃度lX1o cm のZ nドープI n
6.74 Ga0.2+! A 5056 PO44か
らなる電極形成w47を形成する工程、次に真空蒸着法
を用いて厚さく)2μmのAu Zn合金を電極形成
層70表面に堆積させる工程とこのAu Zn堆積膜
をフォトリングラフィによって幅7μmのストライプ状
に加工後、400℃程度の高温で熱処理してp(lII
I電極8を形成する工程、InP基板1をエピタキシャ
ル成長面の反対側から研磨して厚さ約80μmとした後
、この研磨面に厚さ0.2 ft mのAt+ −Ge
Ni合金を真空蒸着して更に350℃程度の高温熱処
理を加えてn側電極すを形成する工程、最後に共振器軸
方向の長さ約500/7mに切り出す工程とから構成さ
れている。
の製造方法を上述の半導体レーザダイオードの実施例に
関して述べる。本実施例は、まず導■形が!]形で面方
位が(Zoo)のInP基板1を漁偏する工程、続いて
このInP基板1上に通常の液相エピタキシャル成長法
を用いてキャリヤ濃度1×10I8crn−3のSnド
ープInPからなるバッファM2及び同じくキャリア濃
度I X 10′8cm ’のSnドープI”0.11
1 GaO,111As0.43PO,57からなる回
折格子層3を形成する工程、次に回折格子M3の上にフ
ォトレシンストを塗布し通常良く知られた光干渉露光法
によるフォトリングラフィな用いて周期的格子溝を回折
格子層3に形成する工程、再び液相エピタキシャル成長
法を用いてキャリヤ濃度I X 10′86n”のSn
ドープInPからなる分離層4及びアンドーフI n
o74 G a o26A so、t、6P6.4<か
らなる活性層5、及びキャリヤ濃度5 X 1 o17
crn−3のZnドープInPから成る閉じ込めM6、
キャリヤ濃度lX1o cm のZ nドープI n
6.74 Ga0.2+! A 5056 PO44か
らなる電極形成w47を形成する工程、次に真空蒸着法
を用いて厚さく)2μmのAu Zn合金を電極形成
層70表面に堆積させる工程とこのAu Zn堆積膜
をフォトリングラフィによって幅7μmのストライプ状
に加工後、400℃程度の高温で熱処理してp(lII
I電極8を形成する工程、InP基板1をエピタキシャ
ル成長面の反対側から研磨して厚さ約80μmとした後
、この研磨面に厚さ0.2 ft mのAt+ −Ge
Ni合金を真空蒸着して更に350℃程度の高温熱処
理を加えてn側電極すを形成する工程、最後に共振器軸
方向の長さ約500/7mに切り出す工程とから構成さ
れている。
上述の実施例では格子溝を比較的熱分解しにくいIn(
laAsP系組成の層に形成した後、上部半導体層をエ
ピタキシャル成長しているために、エピタキシャル成長
工程におけろ周期的格子溝構造の変形が極めて少な(良
好な特性の半導体レーザダイオードを再現性良く高い歩
留りで製造することができる。周期的格子溝形成工程に
おいて講深さを回折格子層3の厚さよりも大きくシ、下
部のn InPからなるパン77層2が露出した状態で
はむしろエピタキシャル成長に先立つ高’lIM71囲
気で溝が強n周される。
laAsP系組成の層に形成した後、上部半導体層をエ
ピタキシャル成長しているために、エピタキシャル成長
工程におけろ周期的格子溝構造の変形が極めて少な(良
好な特性の半導体レーザダイオードを再現性良く高い歩
留りで製造することができる。周期的格子溝形成工程に
おいて講深さを回折格子層3の厚さよりも大きくシ、下
部のn InPからなるパン77層2が露出した状態で
はむしろエピタキシャル成長に先立つ高’lIM71囲
気で溝が強n周される。
なお、上述の回折格子層3は活性層5の形成前にエピタ
キシャル成長されるものとしたが、必ずしもこれに限定
せず、バッファ層、活性層、分離層、回折格子層の順に
エピタキシャル成長を行ない、この後に閉じ込め層を形
成しても良い。あるいは、これら各層は必ずしも平坦な
半導体基板面上に形成する場合に留まらず、例えば、上
述の実施例の変形として、回折格子層のエピタキシャル
成長と周期的格子溝の形成後、更にメサストライプ状に
基板をエツチング加工し、引続いて行なうエピタキシャ
ル成長において活性層をメサストライプの上部に分離し
たように形成し、いわゆる埋め込み構造形の半導体レー
ザダイオードとする形成方法によっても良い。また回折
格子層と活性層とは積層関係になくとも良く、共振器軸
方向で空間的に分離されたブラッグ反射形半導体レーザ
ダイオードの構成としても良い。
キシャル成長されるものとしたが、必ずしもこれに限定
せず、バッファ層、活性層、分離層、回折格子層の順に
エピタキシャル成長を行ない、この後に閉じ込め層を形
成しても良い。あるいは、これら各層は必ずしも平坦な
半導体基板面上に形成する場合に留まらず、例えば、上
述の実施例の変形として、回折格子層のエピタキシャル
成長と周期的格子溝の形成後、更にメサストライプ状に
基板をエツチング加工し、引続いて行なうエピタキシャ
ル成長において活性層をメサストライプの上部に分離し
たように形成し、いわゆる埋め込み構造形の半導体レー
ザダイオードとする形成方法によっても良い。また回折
格子層と活性層とは積層関係になくとも良く、共振器軸
方向で空間的に分離されたブラッグ反射形半導体レーザ
ダイオードの構成としても良い。
最後建水発明が有する特徴を要約すれば、発振スペクト
ル純度が高い高性能な半導体レーザクイオードとその再
現性及び歩留りに優れた製造方法が得られることである
。
ル純度が高い高性能な半導体レーザクイオードとその再
現性及び歩留りに優れた製造方法が得られることである
。
図は本発明に関する一実施例の半導体レーザダイオード
の断面図である。図中、1はInP基板、2はバッファ
層、3は回折格子層、4は分離層、5は活性層、6は閉
じ込め層、7は電極形成層、8はp側電極、9はn(l
Ill電極である。 代ηヲ人弁叩+ 内片 )Ir
の断面図である。図中、1はInP基板、2はバッファ
層、3は回折格子層、4は分離層、5は活性層、6は閉
じ込め層、7は電極形成層、8はp側電極、9はn(l
Ill電極である。 代ηヲ人弁叩+ 内片 )Ir
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 InP基板上尾エピタキシャル成長されたIn
GaAsP系半導体からなる活性層と光帰還用の回折格
子を有する半導体レーザダイオードにおいて、前記回折
格子がInGaAsP系半導体層からなりかつ該回折格
子の格子溝深さが回折格子を構成する前記半導体層の厚
さに比べ小さくないことを特徴とする半導体レーザダイ
オード。 2、 InP基板上にエピタキシャル成長されたIn
GaAsP系半導体からなる活性層と光帰還用の回折格
子を有する半導体レーザダイオードの製造方法において
、前記回折格子を形成するためのInGaAsP系半導
体層をエピタキシャル成長する工程、該InGaAsP
系半導体層をエツチング加工して回折格子を形成する工
程、更に該回折格子上に上部半導体層をエピタキシャル
成長する工程を含むことを特徴とする半導体レーザダイ
オードの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58061719A JPS59188187A (ja) | 1983-04-08 | 1983-04-08 | 半導体レ−ザダイオ−ド及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58061719A JPS59188187A (ja) | 1983-04-08 | 1983-04-08 | 半導体レ−ザダイオ−ド及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59188187A true JPS59188187A (ja) | 1984-10-25 |
Family
ID=13179308
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58061719A Pending JPS59188187A (ja) | 1983-04-08 | 1983-04-08 | 半導体レ−ザダイオ−ド及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59188187A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2625036A1 (fr) * | 1987-12-18 | 1989-06-23 | Thomson Csf | Procede de realisation d'un reseau de diffraction sur un materiau semi-conducteur, et dispositif opto-electronique comportant un reseau de diffraction realise selon ce procede |
FR2647276A1 (fr) * | 1989-05-22 | 1990-11-23 | Mitsubishi Electric Corp | Laser a semiconducteurs |
JP2003133636A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-05-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
-
1983
- 1983-04-08 JP JP58061719A patent/JPS59188187A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2625036A1 (fr) * | 1987-12-18 | 1989-06-23 | Thomson Csf | Procede de realisation d'un reseau de diffraction sur un materiau semi-conducteur, et dispositif opto-electronique comportant un reseau de diffraction realise selon ce procede |
FR2647276A1 (fr) * | 1989-05-22 | 1990-11-23 | Mitsubishi Electric Corp | Laser a semiconducteurs |
JP2003133636A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-05-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 分布帰還型半導体レーザ素子 |
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